Categorieën
Artikelen

Quantumtheorie herbouwd vanuit eenvoudige fysieke principes

Natuurkundigen proberen de axioma’s van de kwantumtheorie helemaal opnieuw te herschrijven in een poging te begrijpen wat het allemaal betekent. Het probleem? Ze zijn bijna te succesvol geweest.

Citaat: Maar zelfs als de inspanningen voor kwantumreconstructie niet uitkomen, wijzen ze misschien wel de weg naar een even prikkelend doel: verder gaan dan de kwantummechanica zelf naar een nog diepere theorie. “Ik denk dat het ons kan helpen om een ​​theorie over kwantumzwaartekracht te bereiken”, zegt Lucien Hardy , een theoretisch natuurkundige aan het Perimeter Institute for Theoretical Physics in Waterloo, Canada.

‘Wat nodig is, is nieuwe wiskunde die deze begrippen wetenschappelijk zal maken’.  Dan zullen we misschien begrijpen waar we al zo lang ruzie over hebben.

Een artikel van Philip Ball

— Lees op Quanta Magazine

Martin Knops: Hieronder volgt de Nederlandse vertaling van het Engelse artikel op Quanta Magazine.


Wetenschappers gebruiken de kwantumtheorie nu al bijna een eeuw, maar beschamend weten ze nog steeds niet wat het betekent . Een informele peiling gehouden tijdens een conferentie in 2011 over Quantum Physics and the Nature of Reality toonde aan dat er nog steeds geen consensus bestaat over wat de kwantumtheorie over de werkelijkheid zegt – de deelnemers bleven diep verdeeld over de interpretatie van de theorie.

Sommige natuurkundigen halen gewoon hun schouders op en zeggen dat we moeten leven met het feit dat kwantummechanica raar is. Dus deeltjes kunnen op twee plaatsen tegelijk zijn of onmiddellijk communiceren over grote afstanden? Kom er overheen. De theorie werkt tenslotte prima. Als je wilt berekenen wat experimenten zullen onthullen over subatomaire deeltjes, atomen, moleculen en licht, dan slaagt de kwantummechanica uitstekend.

Maar sommige onderzoekers willen dieper graven. Ze willen weten waarom de kwantummechanica de vorm heeft die ze hebben en ze zijn bezig met een ambitieus programma om dat uit te zoeken. Het wordt quantumreconstructie genoemd en het komt erop neer dat men probeert de theorie helemaal opnieuw op te bouwen op basis van enkele eenvoudige principes.

Als deze inspanningen slagen, is het mogelijk dat alle schijnbare eigenaardigheden en verwarring van de kwantummechanica wegsmelten, en we zullen eindelijk begrijpen wat de theorie ons probeert te vertellen. “Voor mij is het uiteindelijke doel om te bewijzen dat de kwantumtheorie de enige theorie is waarbij onze onvolmaakte ervaringen ons in staat stellen een ideaal beeld van de wereld op te bouwen”, zegt Giulio Chiribella , een theoretisch natuurkundige aan de Universiteit van Hong Kong.

Er is geen garantie voor succes – geen garantie dat de kwantummechanica echt iets eenvoudigs en wezenlijks in zijn hart heeft, in plaats van de duistere verzameling wiskundige concepten die tegenwoordig wordt gebruikt. Maar zelfs als de inspanningen voor kwantumreconstructie niet uitkomen, wijzen ze misschien wel de weg naar een even prikkelend doel: verder gaan dan de kwantummechanica zelf naar een nog diepere theorie. “Ik denk dat het ons kan helpen om een ​​theorie over kwantumzwaartekracht te bereiken”, zegt Lucien Hardy , een theoretisch natuurkundige aan het Perimeter Institute for Theoretical Physics in Waterloo, Canada.

The Flimsy Foundations of Quantum Mechanics

Het uitgangspunt van het kwantumreconstructiespel wordt samengevat door de grap over de chauffeur die, verdwaald op het platteland van Ierland, een voorbijganger vraagt ​​hoe hij Dublin kan bereiken. ‘Ik zou hier niet beginnen’, antwoordt het.

Waar is in de kwantummechanica “hier”? De theorie is ontstaan ​​uit pogingen om te begrijpen hoe atomen en moleculen interageren met licht en andere straling, verschijnselen die de klassieke fysica niet kon verklaren. De kwantumtheorie was empirisch gemotiveerd en de regels ervan waren eenvoudig die die leken te passen bij wat werd waargenomen. Het maakt gebruik van wiskundige formules die, hoewel beproefd en vertrouwd, in wezen uit de hoed werden gehaald door de pioniers van de theorie in het begin van de 20e eeuw.

Neem de vergelijking van Erwin Schrödinger voor het berekenen van de probabilistische eigenschappen van kwantumdeeltjes. Het deeltje wordt beschreven door een ‘golffunctie’ die alles codeert wat we erover kunnen weten. Het is in feite een golfachtige wiskundige uitdrukking, die het bekende feit weerspiegelt dat kwantumdeeltjes zich soms als golven kunnen gedragen. Wilt u weten hoe waarschijnlijk het is dat het deeltje op een bepaalde plaats wordt waargenomen? Bereken gewoon het kwadraat van de golffunctie (of, om precies te zijn, een iets ingewikkelder wiskundige term), en daaruit kun je afleiden hoe waarschijnlijk het is dat je het deeltje daar zult detecteren. De waarschijnlijkheid om enkele van zijn andere waarneembare eigenschappen te meten, kan worden gevonden door, grof gezegd, een wiskundige functie toe te passen die een operator wordt genoemd, op de golffunctie.

“Ik denk dat de kwantumtheorie zoals we die kennen niet zal standhouden.

Alexei Grinbaum”

Maar deze zogenaamde regel voor het berekenen van kansen was eigenlijk slechts een intuïtieve gok van de Duitse natuurkundige Max Born. Zo was de vergelijking van Schrödinger zelf. Geen van beide werd ondersteund door rigoureuze afleiding. De kwantummechanica lijkt grotendeels te zijn opgebouwd uit willekeurige regels zoals deze, sommige – zoals de wiskundige eigenschappen van operators die overeenkomen met waarneembare eigenschappen van het systeem – nogal mysterieus. Het is een complex raamwerk, maar het is ook een ad hoc lappendeken, zonder duidelijke fysieke interpretatie of rechtvaardiging.

Vergelijk dit met de basisregels, of axioma’s, van Einsteins speciale relativiteitstheorie, die even revolutionair was als de kwantummechanica. (Einstein lanceerde ze allebei nogal wonderbaarlijk in 1905.) Vóór Einstein was er een slordige verzameling vergelijkingen om te beschrijven hoe licht zich gedraagt ​​vanuit het oogpunt van een bewegende waarnemer. Einstein verdreef de wiskundige mist met twee eenvoudige en intuïtieve principes: dat de lichtsnelheid constant is en dat de natuurwetten hetzelfde zijn voor twee waarnemers die met constante snelheid bewegen ten opzichte van elkaar. Geef deze basisprincipes en de rest van de theorie volgt. Niet alleen zijn de axioma’s eenvoudig, maar we kunnen meteen zien wat ze in fysieke termen betekenen.

Wat zijn de analoge uitspraken voor de kwantummechanica? De eminente natuurkundige John Wheeler beweerde ooit dat als we het centrale punt van de kwantumtheorie echt zouden begrijpen, we het in één simpele zin zouden kunnen zeggen die iedereen zou kunnen begrijpen. Als zo’n verklaring bestaat, vermoeden sommige kwantumreconstructeurs dat we die alleen zullen vinden door de kwantumtheorie helemaal opnieuw op te bouwen: door het werk van Bohr, Heisenberg en Schrödinger te verscheuren en opnieuw te beginnen.

Quantum Roulette

Een van de eerste pogingen tot quantum reconstructie werd gemaakt in 2001 door Hardy, vervolgens aan de universiteit van Oxford. Hij negeerde alles wat we typisch associëren met kwantummechanica, zoals kwantumsprongen, dualiteit van golfdeeltjes en onzekerheid. In plaats daarvan richtte Hardy zich op waarschijnlijkheid: met name de kansen die de mogelijke toestanden van een systeem in verband brengen met de kans om elke toestand in een meting te observeren. Hardy ontdekte dat deze kale botten genoeg waren om al die bekende kwantumspullen terug te krijgen.

Hardy ging ervan uit dat elk systeem kan worden beschreven door een lijst met eigenschappen en hun mogelijke waarden. In het geval van een gegooide munt kunnen de opvallende waarden bijvoorbeeld zijn of het om kop of munt gaat. Vervolgens onderzocht hij de mogelijkheden om die waarden definitief te meten in één enkele waarneming. Je zou kunnen denken dat elke afzonderlijke toestand van elk systeem altijd betrouwbaar (althans in principe) kan worden onderscheiden door een meting of observatie. En dat geldt voor objecten in de klassieke natuurkunde.

Lucien Hardy, natuurkundige bij het Perimeter Institute, was een van de eersten die de regels van de kwantummechanica afleidde van eenvoudige principes.
Gabriela By – Perimeter Institute

In de kwantummechanica kan een deeltje echter niet alleen in verschillende toestanden bestaan, zoals de kop en munt van een munt, maar in een zogenaamde superpositie – ruwweg een combinatie van die toestanden. Met andere woorden, een kwantumbit of qubit kan niet alleen in de binaire toestand 0 of 1 zijn, maar in een superpositie van de twee.

Maar als je die qubit meet, krijg je alleen maar een resultaat van 1 of 0. Dat is het mysterie van de kwantummechanica, ook wel de ineenstorting van de golffunctie genoemd: metingen veroorzaken slechts een van de mogelijke uitkomsten . Anders gezegd, een kwantumobject heeft doorgaans meer opties voor metingen die in de golffunctie zijn gecodeerd dan in de praktijk te zien is.

Hardy’s regels voor mogelijke toestanden en hun relatie tot meetresultaten erkenden deze eigenschap van kwantumbits. De regels waren in wezen (probabilistische) regels over hoe systemen informatie kunnen vervoeren en hoe ze kunnen worden gecombineerd en onderling kunnen worden omgezet.

Hardy toonde toen aan dat de eenvoudigste theorie om dergelijke systemen te beschrijven de kwantummechanica is, met al zijn karakteristieke verschijnselen zoals golfachtige interferentie en verstrengeling, waarbij de eigenschappen van verschillende objecten onderling afhankelijk worden. ‘Hardy’s paper uit 2001 was het’ Ja, we kunnen! ‘ moment van het wederopbouwprogramma, ‘zei Chiribella. ‘Het vertelde ons dat we op de een of andere manier tot een reconstructie van de kwantumtheorie kunnen komen.’

Meer specifiek impliceerde het dat het kernkenmerk van de kwantumtheorie is dat het inherent probabilistisch is. “Quantumtheorie kan worden gezien als een gegeneraliseerde kansrekening, een abstract ding dat kan worden bestudeerd los van de toepassing ervan op de natuurkunde”, zei Chiribella. Deze benadering behandelt helemaal geen onderliggende fysica, maar bekijkt alleen hoe output gerelateerd is aan inputs: wat we kunnen meten, gegeven hoe een toestand wordt voorbereid (een zogenaamd operationeel perspectief). “Wat het fysieke systeem is, is niet gespecificeerd en speelt geen rol in de resultaten”, zei Chiribella. Deze gegeneraliseerde waarschijnlijkheidstheorieën zijn ‘pure syntaxis’, voegde hij eraan toe – ze relateren toestanden en metingen, net zoals linguïstische syntaxis categorieën van woorden relateert, ongeacht wat de woorden betekenen. Met andere woorden, legde Chiribella uit,

“Zou dit niemand moeten choqueren die de kwantumtheorie beschouwt als een uitdrukking van eigenschappen van de natuur?

Adam Hair”

Het algemene idee voor alle benaderingen in kwantumreconstructie is om te beginnen met het opsommen van de waarschijnlijkheden die een gebruiker van de theorie toewijst aan elk van de mogelijke uitkomsten van alle metingen die de gebruiker op een systeem kan uitvoeren. Die lijst is de ‘toestand van het systeem’. De enige andere ingrediënten zijn de manieren waarop staten in elkaar kunnen worden omgezet en de waarschijnlijkheid van de outputs bij bepaalde inputs. Deze operationele benadering van reconstructie “veronderstelt geen ruimte-tijd of causaliteit of zoiets, alleen een onderscheid tussen deze twee soorten gegevens”, zegt Alexei Grinbaum , natuurkundige filosoof aan de CEA Saclay in Frankrijk.

Om de kwantumtheorie te onderscheiden van een gegeneraliseerde waarschijnlijkheidstheorie, hebt u specifieke soorten beperkingen op de waarschijnlijkheden en mogelijke meetresultaten nodig. Maar die beperkingen zijn niet uniek. Dus veel mogelijke theorieën over waarschijnlijkheid zien er kwantumachtig uit. Hoe kies je dan de juiste?

“We kunnen zoeken naar probabilistische theorieën die vergelijkbaar zijn met de kwantumtheorie maar verschillen in specifieke aspecten”, zegt Matthias Kleinmann , een theoretisch natuurkundige aan de Universiteit van Baskenland in Bilbao, Spanje. Als je dan postulaten kunt vinden die specifiek de kwantummechanica selecteren, legde hij uit, kun je ‘sommige ervan laten vallen of verzwakken en wiskundig uitzoeken welke andere theorieën als oplossingen verschijnen’. Een dergelijke verkenning van wat buiten de kwantummechanica ligt, is niet alleen academische doodling, want het is mogelijk – inderdaad waarschijnlijk – dat de kwantummechanica zelf slechts een benadering is van een diepere theorie. Die theorie zou kunnen voortkomen, zoals de kwantumtheorie deed uit de klassieke natuurkunde, uit schendingen in de kwantumtheorie die optreden als we er hard genoeg op aandringen.

Stukjes en beetjes

Sommige onderzoekers vermoeden dat uiteindelijk de axioma’s van een kwantumreconstructie over informatie gaan : wat er wel en niet mee kan. Een dergelijke afleiding van de kwantumtheorie gebaseerd op axioma’s over informatie werd in 2010 voorgesteld door Chiribella, toen werkzaam bij het Perimeter Institute, en zijn medewerkers Giacomo Mauro D’Ariano  en Paolo Perinotti van de Universiteit van Pavia in Italië. ‘Losjes gesproken’, legt Jacques Pienaar uit, een theoretisch natuurkundige aan de Universiteit van Wenen, “hun principes stellen dat informatie in ruimte en tijd moet worden gelokaliseerd, dat systemen informatie over elkaar moeten kunnen coderen en dat elk proces in principe omkeerbaar moet zijn, zodat informatie behouden. ‘ (Bij onomkeerbare processen gaat informatie daarentegen doorgaans verloren, net zoals wanneer u een bestand op uw harde schijf wist.)

Bovendien, zei Pienaar, kunnen deze axioma’s allemaal in gewone taal worden uitgelegd. ‘Ze hebben allemaal rechtstreeks betrekking op de elementen van de menselijke ervaring, namelijk wat echte onderzoekers moeten kunnen doen met de systemen in hun laboratoria’, zei hij. ‘En ze lijken allemaal heel redelijk, zodat het gemakkelijk is om hun waarheid te accepteren.’ Chiribella en zijn collega’s lieten zien dat een systeem dat onder deze regels valt al het bekende kwantumgedrag vertoont, zoals superpositie en verstrengeling.

Een uitdaging is om te beslissen wat een axioma moet worden genoemd en wat natuurkundigen moeten proberen af ​​te leiden uit de axioma’s. Neem de quantum no-cloning-regel, een van de principes die van nature voortkomt uit de reconstructie van Chiribella. Een van de diepgaande bevindingen van de moderne kwantumtheorie, dit principe stelt dat het onmogelijk is om een ​​duplicaat te maken van een willekeurige, onbekende kwantumtoestand.

Het klinkt als een technische kwestie (zij het een zeer onhandige voor wetenschappers en wiskundigen die kwantumcomputers willen ontwerpen). Maar in een poging in 2002 om kwantummechanica af te leiden uit regels over wat is toegestaan ​​met kwantuminformatie, Jeffrey Bubvan de Universiteit van Maryland en zijn collega’s Rob Clifton van de Universiteit van Pittsburgh en Hans Halvorson van de Princeton University maakten het niet-klonen van een van de drie fundamentele axioma’s. Een van de andere was een rechttoe rechtaan gevolg van speciale relativiteit: u kunt geen informatie tussen twee objecten sneller verzenden dan de lichtsnelheid door een meting uit te voeren op een van de objecten. Het derde axioma was moeilijker te formuleren, maar duikt ook op als een beperking voor kwantuminformatietechnologie. In wezen beperkt het hoe veilig een beetje informatie kan worden uitgewisseld zonder dat er met wordt geknoeid: de regel is een verbod op wat wordt genoemd “onvoorwaardelijk veilige bit commitment”.

Deze axioma’s lijken verband te houden met de praktische aspecten van het beheren van kwantuminformatie. Maar als we ze in plaats daarvan als fundamenteel beschouwen, en als we er bovendien van uitgaan dat de algebra van de kwantumtheorie een eigenschap heeft die niet-commutatie wordt genoemd, wat betekent dat de volgorde waarin je berekeningen doet ertoe doet (in tegenstelling tot de vermenigvuldiging van twee getallen, die kan in elke volgorde worden gedaan), hebben Clifton, Bub en Halvorson aangetoond dat ook deze regels leiden tot superpositie, verstrengeling, onzekerheid, non-lokaliteit enzovoort: de kernfenomenen van de kwantumtheorie.

Giulio Chiribella, natuurkundige aan de Universiteit van Hong Kong, reconstrueerde de kwantumtheorie uit ideeën in de informatietheorie.

Een andere op informatie gerichte reconstructie werd in 2009 voorgesteld door Borivoje Dakić en Časlav Brukner , natuurkundigen aan de Universiteit van Wenen. Ze stelden drie ‘redelijke axioma’s’ voor die te maken hebben met informatiecapaciteit: dat de meest elementaire component van alle systemen niet meer dan één stukje informatie kan bevatten, dat de toestand van een samengesteld systeem dat uit subsystemen bestaat volledig wordt bepaald door metingen aan de subsystemen, en dat u elke “zuivere” toestand naar een andere en weer terug kunt converteren (zoals het omdraaien van een munt tussen kop en munt).

Dakić en Brukner toonden aan dat deze veronderstellingen onvermijdelijk tot klassieke en kwantumachtige waarschijnlijkheid leiden en niet tot andere soorten. Bovendien, als je axioma drie aanpast om te zeggen dat staten continu worden omgezet – beetje bij beetje, in plaats van in één grote sprong – krijg je alleen kwantumtheorie, niet klassiek. (Ja, het is echt zo rond, in tegenstelling tot wat het “quantum jump” -idee je zou verwachten – je kunt staten van quantum spins onderling omzetten door hun oriëntatie soepel te draaien, maar je kunt een klassieke kop niet geleidelijk omzetten in een staart) .) “Als we geen continuïteit hebben, dan hebben we geen kwantumtheorie”, zei Grinbaum.

Een andere benadering in de geest van kwantumreconstructie wordt quantum Bayesianisme of QBism genoemd . Bedacht door Carlton Caves, Christopher Fuchs en Rüdiger Schack in de vroege jaren 2000, neemt het de provocerende positie in dat de wiskundige machinerie van de kwantummechanica niets te maken heeft met hoe de wereld werkelijk is; het is eerder juist het geschikte kader dat ons in staat stelt verwachtingen en overtuigingen te ontwikkelen over de resultaten van onze interventies. Het komt voort uit de Bayesiaanse benadering van klassieke waarschijnlijkheid die in de 18e eeuw is ontwikkeld, waarbij waarschijnlijkheden eerder voortkomen uit persoonlijke overtuigingen dan uit waargenomen frequenties. In QBism vertellen kwantumwaarschijnlijkheden berekend door de Born-regel ons niet wat we zullen meten, maar alleen wat we rationeel moeten verwachten te meten.

Christopher Fuchs, een natuurkundige aan de Universiteit van Massachusetts, Boston, stelt dat de kwantumtheorie regels beschrijft voor het bijwerken van de persoonlijke overtuigingen van een waarnemer.
Katherine Taylor voor Quanta Magazine

In deze visie is de wereld niet gebonden aan regels – of in ieder geval niet aan kwantumregels. Inderdaad zijn er misschien geen fundamentele wetten die de interactie tussen deeltjes regelen; in plaats daarvan ontstaan ​​er wetten op de schaal van onze waarnemingen. Deze mogelijkheid werd overwogen door John Wheeler, die het scenario Law Without Law noemde. Het zou betekenen dat “de kwantumtheorie slechts een hulpmiddel is om een ​​wetteloze opsplitsing van de natuur begrijpelijk te maken”, zegt Adán Cabello , natuurkundige aan de universiteit van Sevilla. Kunnen we de kwantumtheorie alleen uit deze premissen afleiden?

‘Op het eerste gezicht lijkt het onmogelijk,’ gaf Cabello toe – de ingrediënten lijken veel te dun, om nog maar te zwijgen van willekeurig en vreemd aan de gebruikelijke veronderstellingen van de wetenschap. ‘Maar wat als het ons lukt?’ hij vroeg. ‘Zou dit niet iemand moeten choqueren die denkt dat de kwantumtheorie een uitdrukking is van eigenschappen van de natuur?’

Ruimte maken voor zwaartekracht

Volgens Hardy zijn kwantumreconstructies bijna te succesvol, in zekere zin: verschillende sets axioma’s geven allemaal aanleiding tot de basisstructuur van de kwantummechanica. ‘We hebben verschillende sets axioma’s, maar als je ernaar kijkt, zie je de verbindingen ertussen’, zei hij. “Ze lijken allemaal redelijk goed en zijn in formele zin equivalent omdat ze je allemaal kwantumtheorie geven.” En dat was niet helemaal wat hij had gehoopt. ‘Toen ik hiermee begon, wilde ik twee of zo voor de hand liggende, fascinerende axioma’s zien die je een kwantumtheorie zouden geven en waar niemand tegenin zou gaan.’

Dus hoe kiezen we tussen de beschikbare opties? ‘Mijn vermoeden is nu dat er nog een dieper niveau moet worden bereikt om de kwantumtheorie te begrijpen,’ zei Hardy. En hij hoopt dat dit diepere niveau verder gaat dan de kwantumtheorie, naar het ongrijpbare doel van een kwantumtheorie van zwaartekracht. ‘Dat is de volgende stap’, zei hij. Verschillende onderzoekers die aan reconstructies werken, hopen nu dat de axiomatische benadering ons zal helpen te zien hoe we de kwantumtheorie kunnen stellen op een manier die een verband smeedt met de moderne gravitatietheorie – Einsteins algemene relativiteitstheorie.

“Misschien als we eindelijk kwantumzwaartekracht in handen krijgen, zal de interpretatie zichzelf suggereren.

Lucien Hardy”

Kijk naar de Schrödinger-vergelijking en je zult geen aanwijzingen vinden over hoe je die stap moet zetten. Maar kwantumreconstructies met een ‘informatieve’ smaak spreken over hoe informatiedragende systemen elkaar kunnen beïnvloeden, een raamwerk van oorzakelijk verband dat verwijst naar een verband met het ruimtetijd-beeld van algemene relativiteitstheorie. Oorzaak legt een chronologische volgorde op: een effect kan zijn oorzaak niet voorafgaan. Maar Hardy vermoedt dat de axioma’s die we nodig hebben om de kwantumtheorie op te bouwen, diegene zullen zijn die een gebrek aan een definitieve causale structuur omarmen – geen unieke tijdsvolgorde van gebeurtenissen – die volgens hem is wat we mogen verwachten als de kwantumtheorie wordt gecombineerd met algemene relativiteitstheorie. ‘Ik zou graag axioma’s willen zien die zo causaal neutraal mogelijk zijn, omdat het betere kandidaten zouden zijn als axioma’s die afkomstig zijn van kwantumzwaartekracht’, zei hij.

Hardy suggereerde eerst dat kwantumzwaartekrachtsystemen in 2007 een onbepaalde causale structuur zouden kunnen vertonen . En in feite kunnen alleen kwantummechanica dat aantonen . Tijdens het werken aan kwantumreconstructies werd Chiribella geïnspireerd om een experiment voor te stellen om causale superposities van kwantumsystemen te creëren, waarbij er geen definitieve reeks van oorzaak-en- gevolggebeurtenissen is . Dit experiment is nu uitgevoerd door het laboratorium van Philip Walther aan de Universiteit van Wenen – en het kan overigens wijzen op een manier om quantumcomputing efficiënter te maken.

‘Ik vind dit een opvallende illustratie van het nut van de reconstructiebenadering’, zei Chiribella. “Het vastleggen van de kwantumtheorie met axioma’s is niet alleen een intellectuele oefening. We willen dat de axioma’s iets nuttigs voor ons doen – om ons te helpen redeneren over de kwantumtheorie, om nieuwe communicatieprotocollen en nieuwe algoritmen voor kwantumcomputers uit te vinden en om een ​​gids te zijn voor het formuleren van nieuwe fysica. ”

Maar kunnen kwantumreconstructies ons ook helpen de “betekenis” van kwantummechanica te begrijpen? Hardy betwijfelt of deze inspanningen argumenten over interpretatie kunnen oplossen – of we bijvoorbeeld veel werelden nodig hebben of slechts één. Immers, juist omdat het reconstructieprogramma inherent ‘operationeel’ is, wat betekent dat het zich richt op de ‘gebruikerservaring’ – waarschijnlijkheden over wat we meten – spreekt het misschien nooit over de ‘onderliggende realiteit’ die deze waarschijnlijkheden creëert.

‘Toen ik op deze aanpak inging, hoopte ik dat het zou helpen om deze interpretatieproblemen op te lossen,’ gaf Hardy toe. ‘Maar ik zou zeggen van niet.’ Cabello is het daarmee eens. ‘Je kunt stellen dat eerdere reconstructies de kwantumtheorie niet minder raadselachtig hebben gemaakt of hebben uitgelegd waar de kwantumtheorie vandaan komt’, zei hij. ‘Ze lijken allemaal het doel te missen voor een ultiem begrip van de theorie.’ Maar hij blijft optimistisch: “Ik denk nog steeds dat de juiste aanpak de problemen oplost en dat we de theorie zullen begrijpen.”

Misschien, zei Hardy, komen deze uitdagingen voort uit het feit dat de meer fundamentele beschrijving van de realiteit geworteld is in die nog onontdekte theorie van de kwantumzwaartekracht. ‘Misschien als we eindelijk de kwantumzwaartekracht in handen krijgen, zal de interpretatie zichzelf suggereren’, zei hij. ‘Of misschien is het erger!’

Op dit moment heeft de kwantumreconstructie weinig aanhangers – wat Hardy bevalt, omdat het betekent dat het nog steeds een relatief rustig veld is. Maar als het serieuze gevolgen heeft voor de kwantumzwaartekracht, zal dat zeker veranderen. In de peiling van 2011 was ongeveer een kwart van de respondenten van mening dat kwantumreconstructies tot een nieuwe, diepere theorie zullen leiden. Een kans van één op vier lijkt zeker een kans waard.

Grinbaum denkt dat de taak om de hele kwantumtheorie helemaal opnieuw op te bouwen met een handvol axioma’s uiteindelijk niet kan slagen. ‘Ik ben nu erg pessimistisch over complete reconstructies’, zei hij. Maar, stelde hij voor, waarom zou u het niet in plaats daarvan stuk voor stuk proberen te doen – om alleen bepaalde aspecten te reconstrueren, zoals nonlocaliteit of causaliteit? ‘Waarom zou je proberen het hele gebouw van de kwantumtheorie te reconstrueren als we weten dat het van verschillende stenen is gemaakt?’ hij vroeg. ‘Reconstrueer eerst de stenen. Misschien wat verwijderen en kijken wat voor nieuwe theorie er kan ontstaan. ‘

‘Ik denk dat de kwantumtheorie zoals we die kennen niet zal standhouden’, zei Grinbaum. ‘Welke van zijn voeten van klei als eerste zal breken, proberen reconstructies te onderzoeken.’ Hij denkt dat, naarmate deze zware taak vordert, enkele van de meest vervelende en vage problemen in de standaard kwantumtheorie – zoals het meetproces en de rol van de waarnemer – zullen verdwijnen, en we zullen zien dat de echte uitdagingen elders liggen . ‘Wat nodig is, is nieuwe wiskunde die deze begrippen wetenschappelijk zal maken’, zei hij. Dan zullen we misschien begrijpen waar we al zo lang ruzie over hebben.

Related:

  1. Een eigen kijk op Quantum Reality
  2. De zaak tegen de donkere materie
  3. Verstrikking eenvoudig gemaakt
  4. Wormgaten Ontrafelen een Black Hole Paradox

Dit artikel is herdrukt op Wired.com .

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

Deze site gebruikt Akismet om spam te bestrijden. Ontdek hoe de data van je reactie verwerkt wordt.